渝東南地區(qū)常壓頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)進(jìn)展及下步攻關(guān)方向

云 露,高玉巧,高全芳

1.中國(guó)石化 華東油氣分公司,南京 210019;2.中國(guó)石化 華東油氣分公司 勘探開(kāi)發(fā)研究院,南京 210019

我國(guó)頁(yè)巖氣資源豐富,發(fā)育海相、陸相及海陸過(guò)渡相3種類型,縱向?qū)酉刀?、分布范圍廣[1-4]。根據(jù)自然資源部“十三五”油氣資源的評(píng)價(jià)結(jié)果(2020年),中國(guó)頁(yè)巖氣的地質(zhì)資源量約為106×1012m3,技術(shù)可采資源量約為20×1012m3,其中,海相、海陸過(guò)渡相、陸相頁(yè)巖氣技術(shù)可采資源量分別為15×1012、3.4×1012、1.3×1012m3[4]。經(jīng)過(guò)10余年的探索攻關(guān),四川盆地及其周緣已成為我國(guó)上奧陶統(tǒng)五峰組—下志留統(tǒng)龍馬溪組海相頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)主戰(zhàn)場(chǎng),發(fā)現(xiàn)多個(gè)千億立方米級(jí)頁(yè)巖氣田,實(shí)現(xiàn)規(guī)模效益開(kāi)發(fā),頁(yè)巖氣累計(jì)探明地質(zhì)儲(chǔ)量超2.8×1012m3,頁(yè)巖氣年產(chǎn)量突破200×108m3,累計(jì)生產(chǎn)超1 000×108m3[1,4-7]。四川盆地及其周緣發(fā)育高壓頁(yè)巖氣(壓力系數(shù)大于1.3)、常壓頁(yè)巖氣(壓力系數(shù)0.8～1.3)2種類型,其中高壓頁(yè)巖氣主要分布于盆地內(nèi)部,以涪陵、長(zhǎng)寧、威遠(yuǎn)等為代表[8-10];常壓頁(yè)巖氣主要分布于盆緣復(fù)雜構(gòu)造區(qū)及盆外褶皺帶,以南川、白馬、武隆等為代表。與高壓區(qū)相比,常壓區(qū)具有構(gòu)造復(fù)雜、保存條件差異大、地應(yīng)力變化快等地質(zhì)特征[11-13],效益開(kāi)發(fā)難度大。

雖然美國(guó)的Appalachian、Arkoa、Michigan、San Juan等盆地的常壓頁(yè)巖氣已實(shí)現(xiàn)商業(yè)化開(kāi)采,但其得天獨(dú)厚的地質(zhì)條件使之易于實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)[5],其勘探開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)也難以指導(dǎo)我國(guó)南方9.08×1012m3常壓頁(yè)巖氣資源的效益釋放[5,14]。近年來(lái),中國(guó)石化華東油氣分公司立足于渝東南地區(qū)盆緣及盆外常壓頁(yè)巖氣地質(zhì)特點(diǎn),先后部署實(shí)施了27口探評(píng)井,測(cè)試日產(chǎn)氣(3.0～34.3)×104m3,落實(shí)了平橋、東勝、陽(yáng)春溝、武隆、道真、老廠坪等一批有利目標(biāo),累計(jì)提交探明儲(chǔ)量1 989×108m3、預(yù)測(cè)儲(chǔ)量1 169×108m3,建成了國(guó)內(nèi)首個(gè)千億立方米常壓頁(yè)巖氣田[15-16]。本文回顧了渝東南地區(qū)常壓頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)進(jìn)展,系統(tǒng)總結(jié)了經(jīng)驗(yàn)及成果認(rèn)識(shí),以期為下步勘探開(kāi)發(fā)指明方向,同時(shí)也為其他同類地區(qū)常壓頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)提供借鑒,對(duì)保障國(guó)家能源安全具有重要的戰(zhàn)略意義。

1 渝東南常壓頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)概況

渝東南地區(qū)位于四川盆地東南緣的盆緣轉(zhuǎn)換帶—盆外褶皺帶(圖1),主要目的層為五峰組—龍馬溪組,地層壓力系數(shù)0.9～1.3,為典型常壓頁(yè)巖氣。

圖1 渝東南地區(qū)位置

2009年以來(lái),華東油氣分公司長(zhǎng)期在我國(guó)南方從事常壓頁(yè)巖氣地質(zhì)研究和勘探開(kāi)發(fā)攻關(guān)實(shí)踐,先后經(jīng)歷了選區(qū)評(píng)價(jià)、戰(zhàn)略突破、戰(zhàn)略展開(kāi)3個(gè)階段(圖2),實(shí)現(xiàn)了渝東南地區(qū)常壓頁(yè)巖氣從無(wú)到有,發(fā)現(xiàn)了國(guó)內(nèi)首個(gè)常壓頁(yè)巖氣田——南川常壓頁(yè)巖氣田。

圖2 渝東南地區(qū)常壓頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)歷程

選區(qū)評(píng)價(jià)階段(2009—2010年):學(xué)習(xí)借鑒北美頁(yè)巖氣選區(qū)評(píng)價(jià)經(jīng)驗(yàn),結(jié)合我國(guó)南方頁(yè)巖氣地質(zhì)特點(diǎn),建立選區(qū)、選帶評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn),明確了渝東南地區(qū)為奧陶系—志留系常壓頁(yè)巖氣勘探有利區(qū)帶。

戰(zhàn)略突破階段(2011—2016年):2010—2011年先后通過(guò)礦權(quán)登記、“招拍掛”形式獲取彭水、南川2個(gè)頁(yè)巖氣礦權(quán)區(qū)塊。2012年優(yōu)選彭水區(qū)塊桑柘坪向斜實(shí)施PY1HF井,測(cè)試日產(chǎn)氣2.52×104m3,地層壓力系數(shù)0.96,實(shí)現(xiàn)了南方海相常壓頁(yè)巖氣戰(zhàn)略突破[14,17];隨后在彭水區(qū)塊武隆向斜及南川區(qū)塊平橋背斜、東勝背斜分別實(shí)施LY1HF井、JY194-3HF井和SY1HF井,測(cè)試日產(chǎn)氣為(4.6～34.3)×104m3,實(shí)現(xiàn)重大突破,拉開(kāi)了產(chǎn)建序幕。

戰(zhàn)略展開(kāi)階段 (2017年至今):按照“主攻南川、突破武隆—道真、準(zhǔn)備新層系[18]”的思路,部署實(shí)施探評(píng)井20口,落實(shí)了盆緣區(qū)平橋、東勝、陽(yáng)春溝3個(gè)千億立方米增儲(chǔ)區(qū)帶,提交探明儲(chǔ)量1 989×108m3、預(yù)測(cè)儲(chǔ)量1 169×108m3,發(fā)現(xiàn)了南川常壓頁(yè)巖氣田,截至2023年7月底,氣田累計(jì)動(dòng)用地質(zhì)儲(chǔ)量1 119×108m3,建產(chǎn)能26×108m3,累產(chǎn)氣超62×108m3;明確了盆外區(qū)武隆、道真、老廠坪等一批有利目標(biāo),實(shí)現(xiàn)了多點(diǎn)突破。

2 常壓頁(yè)巖氣地質(zhì)特征與富集規(guī)律

2.1 深水陸棚有利沉積相帶控制優(yōu)質(zhì)頁(yè)巖展布

晚奧陶世—早志留世,渝東南地區(qū)處于深水陸棚沉積環(huán)境[19-21],廣泛發(fā)育黑色富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖[有機(jī)碳(TOC)含量大于2%],主要分布在五峰組—龍馬溪組下部。受沉積相控制,從西向東,由盆內(nèi)涪陵到盆緣南川再到盆外武隆、道真等地區(qū),隨著水體相對(duì)變淺,深水陸棚相由下斜坡過(guò)渡為上斜坡,優(yōu)質(zhì)頁(yè)巖厚度從38 m逐漸減薄至24 m,頁(yè)巖品質(zhì)逐漸變差,TOC含量從3.9%降低至3.0%(圖3)。

圖3 渝東南地區(qū)及周邊重點(diǎn)鉆井五峰組—龍馬溪組一段連井剖面剖面位置見(jiàn)圖1。

以TOC、硅質(zhì)含量、巖石類型為依據(jù),開(kāi)展沉積微相精細(xì)劃分,識(shí)別出五峰組—龍馬溪組一段6種沉積微相,并明確了不同構(gòu)造帶沉積建造的差異性。南川平橋及東勝地區(qū)沉積速率較慢(約13.2～14.8 m/Ma),①—⑤小層發(fā)育富碳富硅頁(yè)巖相及高碳中硅頁(yè)巖相,⑥—⑨小層發(fā)育中碳中硅頁(yè)巖相;陽(yáng)春溝地區(qū)沉積速率相對(duì)快(約18.1～19.5m/Ma),①—④小層發(fā)育富碳富硅頁(yè)巖相及高碳中硅頁(yè)巖相,⑤—⑥小層發(fā)育中碳中硅頁(yè)巖相,⑦—⑨小層發(fā)育低碳中硅頁(yè)巖相及中碳中硅頁(yè)巖相;武隆、道真等盆外地區(qū)①—④小層發(fā)育富碳富硅頁(yè)巖相及高碳中硅頁(yè)巖相,⑤—⑨小層發(fā)育中碳中硅頁(yè)巖相(圖4)。

圖4 渝東南地區(qū)五峰組—龍馬溪組一段沉積微相連井對(duì)比

在沉積微相的控制下,渝東南地區(qū)不同區(qū)帶巖性組合及頁(yè)巖品質(zhì)具有一定的差異性(圖4和圖5)?；诔练e微相及頁(yè)巖靜態(tài)指標(biāo),綜合評(píng)價(jià)出平橋、東勝地區(qū)①—⑤小層為Ⅰ類儲(chǔ)層、⑥—⑨小層為Ⅱ類儲(chǔ)層,陽(yáng)春溝地區(qū)①—④小層為Ⅰ類儲(chǔ)層、⑤—⑥小層為Ⅱ類儲(chǔ)層、⑦—⑨小層為Ⅲ類儲(chǔ)層,武隆、道真等地區(qū)①—④小層為Ⅰ類儲(chǔ)層、⑥—⑨小層為Ⅱ類、Ⅲ類儲(chǔ)層,這可為不同地區(qū)水平井靶窗穿行提供指導(dǎo)。

圖5 渝東南地區(qū)不同構(gòu)造帶巖性組合特征

2.2 多期構(gòu)造作用控制了構(gòu)造樣式、裂縫及地應(yīng)力差異分布

主要受燕山中期擠壓和燕山晚期擠壓走滑作用的疊加影響,盆緣南川地區(qū)形成了隆凹相間、東西分帶的構(gòu)造格局[22-24],盆外武隆—道真等地區(qū)以沖斷構(gòu)造為主。按照構(gòu)造樣式、斷裂特征、地層變形特征等,可將南川地區(qū)劃分為石橋向斜帶、東勝—平橋復(fù)背斜帶、神童壩向斜帶、陽(yáng)春溝背斜帶等4個(gè)次級(jí)構(gòu)造帶(圖6a),從東到西具遞進(jìn)變形特征,構(gòu)造作用從強(qiáng)到弱,由南往北構(gòu)造逐漸穩(wěn)定。

圖6 渝東南南川地區(qū)五峰組底面構(gòu)造及地應(yīng)力平面圖

石橋向斜帶受青龍鄉(xiāng)斷層和大千斷層夾持,斷層斷距介于1 800～2 200 m,構(gòu)造抬升幅度較大,頁(yè)巖埋深主體介于500～2 500 m;遠(yuǎn)離大千走滑斷裂保存條件變好,優(yōu)選穩(wěn)定區(qū)部署實(shí)施SQ1井,該井埋深1 825 m,水平縫發(fā)育,氣測(cè)顯示較好,現(xiàn)場(chǎng)解析含氣量2～5 m3/t。

東勝—平橋復(fù)背斜帶受龍濟(jì)橋、青龍鄉(xiāng)斷層夾持,整體呈北東走向,頁(yè)巖埋深適中,介于1 000～4 000 m,地層壓力系數(shù)為1.1～1.35,保存條件較好。該區(qū)裂縫較發(fā)育,其中北部背斜區(qū)高角度縫較發(fā)育,南部斜坡區(qū)主要發(fā)育水平縫。

神童壩向斜帶東部受龍濟(jì)橋斷層控制,西部與陽(yáng)春溝背斜帶相連,整體近南北走向,構(gòu)造較為簡(jiǎn)單,內(nèi)部斷層發(fā)育少,頁(yè)巖埋深較大,介于5 000～6 200 m,地層壓力系數(shù)大于1.3,保存條件好,裂縫發(fā)育相對(duì)較少。

陽(yáng)春溝背斜帶處于構(gòu)造轉(zhuǎn)折帶,呈現(xiàn)出“沖斷—斷展—滑脫”的前展式變形特征,發(fā)育北東向和近南北向兩組斷層。北部斷背斜核部緊閉,頁(yè)巖埋深介于3 800～5 000 m,裂縫較發(fā)育;南部斜坡區(qū)構(gòu)造變形強(qiáng)烈,發(fā)育雁列式斷層,頁(yè)巖埋深500～3800m,裂縫較為發(fā)育,地層壓力系數(shù)介于1.05～1.25。

受兩期構(gòu)造作用疊加,南川地區(qū)不同構(gòu)造部位地應(yīng)力方位和大小差異較大(圖6b)。南川地區(qū)地應(yīng)力方位變化快,平橋地區(qū)最大水平主應(yīng)力以近東西向、北西向?yàn)橹?東勝及陽(yáng)春溝地區(qū)則以北東向?yàn)橹鱗25]。地應(yīng)力大小整體表現(xiàn)出由東向西、自南往北逐漸增大的趨勢(shì),局部受構(gòu)造樣式和埋深控制,地應(yīng)力較高,向斜區(qū)埋深普遍超過(guò)4 500 m,最大水平主應(yīng)力介于90～125 MPa;兩向水平應(yīng)力差異系數(shù)表現(xiàn)出北高南低特征,一般介于0.1～0.2。

2.3 保存條件具有自東向西、從南往北逐漸變好的變化規(guī)律

開(kāi)展構(gòu)造演化史分析,結(jié)合磷灰石裂變徑跡實(shí)驗(yàn)結(jié)果,渝東南地區(qū)受雪峰山逆沖推覆影響,自東向西構(gòu)造抬升時(shí)間逐漸變晚,抬升幅度逐漸變小。東部的桑柘坪向斜大約在125 Ma開(kāi)始抬升,中部的武隆向斜大約在95 Ma開(kāi)始抬升,西部的南川地區(qū)大約在89 Ma開(kāi)始抬升,而盆內(nèi)的焦石壩地區(qū)抬升時(shí)間更晚,大約在85 Ma開(kāi)始抬升[26-27]。改造強(qiáng)度隨抬升時(shí)間變晚而逐漸變?nèi)?頁(yè)巖氣逸散時(shí)間變短,反映出頁(yè)巖氣保存條件自東向西逐漸變好。以齊岳山斷裂為界,齊岳山斷裂以西的龍馬溪組地層壓力系數(shù)為1.0～1.55,齊岳山斷裂以東為0.9～1.15。

位于齊岳山斷裂以西的南川地區(qū)龍馬溪組頁(yè)巖大面積連片分布,僅在南部的斜坡區(qū)出露地表,頁(yè)巖氣逸散時(shí)間較短,保存條件較好,地層壓力系數(shù)介于1.0～1.3。受抬升剝蝕、斷層及頁(yè)巖自封閉性等影響,由南向北保存條件逐漸變好,地層壓力系數(shù)呈逐漸增大趨勢(shì),在距離剝蝕區(qū)大于2 km的區(qū)域,保存條件普遍較好。

位于齊岳山斷裂以東的武隆—彭水地區(qū)后期抬升剝蝕程度大,背斜區(qū)核部出露震旦系—奧陶系,志留系及以上地層剝蝕殆盡,局部殘留龍馬溪組,頁(yè)巖埋深普遍小于1 500 m,地層壓力系數(shù)小于1.0;向斜區(qū)靠近核部地層保存更為完整,頁(yè)巖埋深3 000～5 000 m,翼部多與剝蝕區(qū)相連,地層壓力系數(shù)介于0.9～1.15,表現(xiàn)出由核部向翼部減小的變化規(guī)律。

2.4 構(gòu)建常壓頁(yè)巖氣聚散模式指導(dǎo)勘探開(kāi)發(fā)部署

渝東南地區(qū)由于經(jīng)歷多期構(gòu)造改造,其構(gòu)造演化與變形程度、地層抬升剝蝕時(shí)間與強(qiáng)度、頁(yè)巖氣聚集與逸散等差異性均較大,形成了多種頁(yè)巖氣聚散模式。開(kāi)展常壓頁(yè)巖氣形成與聚散機(jī)理研究,根據(jù)構(gòu)造樣式、保存條件、地應(yīng)力、裂縫形成機(jī)制及分布特征等,結(jié)合渝東南地區(qū)勘探開(kāi)發(fā)實(shí)踐,構(gòu)建了背斜型、單斜型、逆斷層遮擋型、殘留向斜型四種頁(yè)巖氣聚散模式[11,15-16],明確了不同模式下頁(yè)巖氣含氣特征和聚散規(guī)律,有效指導(dǎo)目標(biāo)優(yōu)選和井位部署。基于背斜型模式指導(dǎo),在盆緣平橋背斜、東勝背斜及盆外老廠坪背斜分別部署JY194-3井、SY1井、PD1井等,試獲日產(chǎn)氣(4.4～34.3)×104m3;基于單斜型模式指導(dǎo),在東勝南斜坡、陽(yáng)春溝南斜坡分別部署SY2井和SY5井,試獲日產(chǎn)氣(17.3～32.8)×104m3;基于逆斷層遮擋型模式指導(dǎo),在龍濟(jì)橋斷層下盤、茶園斷層下盤分別部署SY4井和ZY1井,試獲日產(chǎn)氣(7.5～10.0)×104m3;基于殘留向斜型模式指導(dǎo),在武隆向斜、道真向斜、桑柘坪向斜分別部署LY1井、ZY3井、PY5井等井,試獲日產(chǎn)氣(3.5～4.6)×104m3。

3 常壓頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)進(jìn)展

3.1 常壓頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)展

通過(guò)深化基礎(chǔ)地質(zhì)研究,明確沉積相帶、保存條件、地應(yīng)力場(chǎng)是影響常壓頁(yè)巖氣富集高產(chǎn)的關(guān)鍵因素,創(chuàng)建了常壓頁(yè)巖氣“三因素控藏”地質(zhì)理論[6,11,13,17,28];針對(duì)復(fù)雜地質(zhì)特征和生產(chǎn)規(guī)律,創(chuàng)新形成了以常壓頁(yè)巖氣儲(chǔ)層綜合評(píng)價(jià)方法、地球物理預(yù)測(cè)技術(shù)、地質(zhì)—工程雙甜點(diǎn)評(píng)價(jià)為核心的常壓頁(yè)巖氣地質(zhì)綜合評(píng)價(jià)技術(shù)系列,制定了常壓頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)技術(shù)優(yōu)化政策[15-16,23],有效指導(dǎo)目標(biāo)優(yōu)選、井位部署、軌跡穿行和開(kāi)發(fā)生產(chǎn)。

為實(shí)現(xiàn)常壓頁(yè)巖氣經(jīng)濟(jì)效益開(kāi)發(fā),通過(guò)多年攻關(guān)和實(shí)踐,初步形成了常壓頁(yè)巖氣低成本工程工藝技術(shù)系列。在鉆井方面,形成了以“二級(jí)結(jié)構(gòu)+激進(jìn)參數(shù)+一體化導(dǎo)向+不承壓防漏”為核心的優(yōu)快鉆完井技術(shù),鉆完井效率顯著提升,平均鉆完井周期降低59.8%,平均機(jī)械鉆速提高64.1%,下一步將開(kāi)展 “工程機(jī)+鉆機(jī)” 工廠化模式、“瘦身型”井身結(jié)構(gòu)等方面的探索;在壓裂方面,形成了“多簇密切割+限流射孔+雙暫堵+高強(qiáng)度加砂”促縫壓裂工藝,研制出了高效減阻水、“砂陶組合”支撐劑等經(jīng)濟(jì)性壓裂材料,并廣泛推廣應(yīng)用智能化全電動(dòng)壓裂設(shè)備,實(shí)現(xiàn)了常壓頁(yè)巖氣低成本高效促縫,儲(chǔ)層改造體積提高164.1%,每米壓裂費(fèi)用降低55.3%。

3.2 常壓頁(yè)巖氣勘探進(jìn)展

自2009年以來(lái),在盆緣南川區(qū)塊及盆外彭水區(qū)塊陸續(xù)實(shí)施探評(píng)井27口,實(shí)現(xiàn)了盆緣常壓頁(yè)巖氣商業(yè)發(fā)現(xiàn)和盆外常壓頁(yè)巖氣多點(diǎn)突破,證實(shí)了渝東南地區(qū)常壓頁(yè)巖氣資源潛力大,為開(kāi)發(fā)區(qū)優(yōu)選及產(chǎn)能建設(shè)提供了增儲(chǔ)上產(chǎn)陣地。

深化盆緣南川復(fù)雜構(gòu)造帶構(gòu)造、地應(yīng)力、保存條件研究,基于富集規(guī)律研究和甜點(diǎn)評(píng)價(jià)技術(shù),優(yōu)選平橋、東勝、陽(yáng)春溝、石橋4個(gè)有利目標(biāo)區(qū),堅(jiān)持甩開(kāi)勘探與滾動(dòng)評(píng)價(jià)相結(jié)合,按照“主攻平橋—東勝,評(píng)價(jià)陽(yáng)春溝,探索石橋”的思路對(duì)4個(gè)有利目標(biāo)區(qū)展開(kāi)探索,滾動(dòng)部署一批探評(píng)井,均獲高產(chǎn)商業(yè)氣流,測(cè)試日產(chǎn)氣(13.2～34.3)×104m3,落實(shí)了3個(gè)千億立方米增儲(chǔ)區(qū)帶,提交平橋—東勝探明儲(chǔ)量1 989×108m3、陽(yáng)春溝預(yù)測(cè)儲(chǔ)量1 169×108m3。

盆外武隆—道真地區(qū)常壓頁(yè)巖氣與盆緣南川區(qū)相比,優(yōu)質(zhì)頁(yè)巖厚度減薄3～11 m、壓力系數(shù)低0.1～0.3、含氣量少1～3 m3/t、應(yīng)力差異系數(shù)大0.1～0.15,具有資源稟賦差、縫網(wǎng)改造難度大的特點(diǎn),此類常壓頁(yè)巖氣效益開(kāi)發(fā)面臨較大挑戰(zhàn)。通過(guò)目標(biāo)優(yōu)選,明確武隆向斜、道真向斜、老廠坪背斜、桑柘坪向斜等有利目標(biāo),評(píng)價(jià)出地質(zhì)資源量1.18×1012m3,實(shí)施探評(píng)井13口,測(cè)試日產(chǎn)氣(2.5～9.2)×104m3,取得積極進(jìn)展。近期,深化淺層常壓頁(yè)巖氣吸附—解吸機(jī)理研究,通過(guò)優(yōu)化排水采氣工藝,老廠坪背斜PD1井日產(chǎn)氣從0.7×104m3上升至(4.0～4.5)×104m3,對(duì)盆外大面積分布的淺層頁(yè)巖氣資源釋放具有重要的啟示意義。

3.3 常壓頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)進(jìn)展

按照“整體部署、分步實(shí)施、平臺(tái)滾動(dòng)、動(dòng)態(tài)優(yōu)化” 的思路,在盆緣南川區(qū)塊的平橋、東勝地區(qū)開(kāi)展產(chǎn)能建設(shè),實(shí)現(xiàn)了常壓頁(yè)巖氣效益開(kāi)發(fā),年產(chǎn)氣量穩(wěn)步提升,同時(shí)也為陽(yáng)春溝地區(qū)的效益開(kāi)發(fā)積累了實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。盆外彭水區(qū)塊則以勘探評(píng)價(jià)為主,持續(xù)開(kāi)展提產(chǎn)降本攻關(guān),積極探索盆外常壓頁(yè)巖氣效益開(kāi)發(fā)模式。

3.3.1 平橋—東勝開(kāi)發(fā)進(jìn)展

(1)平橋開(kāi)發(fā)進(jìn)展

2016年JY194-3HF井試獲日產(chǎn)氣34.3×104m3高產(chǎn)氣流后,拉開(kāi)了平橋地區(qū)產(chǎn)建序幕,累計(jì)建產(chǎn)能13.3×108m3,已動(dòng)用地質(zhì)儲(chǔ)量551.33×108m3,儲(chǔ)量動(dòng)用率56%。

根據(jù)頁(yè)巖埋深、保存條件、地應(yīng)力、裂縫發(fā)育程度等將平橋產(chǎn)建區(qū)劃分為背斜主體區(qū)、背斜兩翼、南斜坡3個(gè)分區(qū)(圖6a和表1),明確不同分區(qū)產(chǎn)能主控因素,形成差異化開(kāi)發(fā)技術(shù)政策。對(duì)平橋產(chǎn)建區(qū)不同分區(qū)生產(chǎn)特征進(jìn)行分析,背斜核部整體表現(xiàn)出產(chǎn)量及套壓均較高、穩(wěn)產(chǎn)期長(zhǎng)的生產(chǎn)特征,單井EUR(最終可采儲(chǔ)量)為1.36×108m3,背斜兩翼單井生產(chǎn)效果較主體區(qū)變差,EUR平均為 0.71×108m3,穩(wěn)產(chǎn)期明顯短于主體區(qū),單井日產(chǎn)氣5.3×104m3,僅能穩(wěn)產(chǎn)1.4年;南斜坡受埋深、地層壓力影響,單井生產(chǎn)效果較背斜區(qū)變差,EUR為0.65×108m3,表現(xiàn)出產(chǎn)量、壓力中等,穩(wěn)產(chǎn)期短的生產(chǎn)特征(表1)。截至目前平橋區(qū)塊一次井網(wǎng)累計(jì)完成開(kāi)發(fā)井52口,單井平均初期套壓22 MPa,單井平均日產(chǎn)氣11.1×104m3,目前套壓3.5 MPa,日產(chǎn)氣2.4×104m3,累產(chǎn)氣0.61×108m3,EUR為 0.98×108m3。

表1 渝東南南川地區(qū)平橋開(kāi)發(fā)分區(qū)特征

(2)東勝滾動(dòng)建產(chǎn)進(jìn)展

東勝構(gòu)造帶自2020年開(kāi)始產(chǎn)建,目前開(kāi)井?dāng)?shù)64口,日產(chǎn)氣164×104m3,累產(chǎn)氣 18.3×108m3,建產(chǎn)能11.4×108m3,已動(dòng)用地質(zhì)儲(chǔ)量495.88×108m3,儲(chǔ)量動(dòng)用率48.95%,采出程度3.92%。

綜合地層產(chǎn)狀、埋深、地應(yīng)力等因素,將東勝產(chǎn)建區(qū)劃分為背斜西翼、背斜東翼及南部斜坡區(qū)(圖6a),整體表現(xiàn)出構(gòu)造復(fù)雜、應(yīng)力復(fù)雜、保存條件復(fù)雜的“三復(fù)雜”開(kāi)發(fā)地質(zhì)特征[29]。針對(duì)背斜西翼構(gòu)造復(fù)雜的地質(zhì)特點(diǎn),創(chuàng)新形成“構(gòu)造模型分段預(yù)測(cè)+鉆定導(dǎo)一體化”的水平井穿層技術(shù),有效提升優(yōu)質(zhì)靶窗穿行率至70%以上,單井EUR達(dá)到 0.73×108m3。針對(duì)高應(yīng)力的構(gòu)造復(fù)雜區(qū),采用“小段長(zhǎng)+密切割+強(qiáng)加砂”的高效壓裂技術(shù),有效提高縫網(wǎng)改造體積,有效儲(chǔ)層改造體積提升49.1%,單井EUR達(dá)到 0.72×108m3。針對(duì)保存條件較差的寬緩斜坡區(qū),通過(guò)攻關(guān)超長(zhǎng)水平井及配套工藝技術(shù)以提高儲(chǔ)量動(dòng)用,其中,DP9平臺(tái)實(shí)施3口超長(zhǎng)水平井,平均水平段長(zhǎng)3 715 m,單井控制儲(chǔ)量由3.14×108m3提升至4.37×108m3,單井EUR 達(dá)到1.18×108m3。

3.3.2 立體開(kāi)發(fā)進(jìn)展

根據(jù)TOC、含氣量、地應(yīng)力、壓裂縫縱向延伸范圍等,將南川地區(qū)五峰組—龍馬溪組一段9個(gè)小層進(jìn)一步劃分為三套開(kāi)發(fā)層系,自下而上依次為下部氣層(①—④小層)、中部氣層(⑤—⑦小層)和上部氣層(⑧—⑨小層)。前期主要開(kāi)展了以下部氣層為主要開(kāi)發(fā)層系的一次井網(wǎng)建設(shè)。通過(guò)地質(zhì)建模—數(shù)值模擬一體化研究,明確了下部氣層剩余氣分布特征和縱向分層系開(kāi)發(fā)潛力,為提高儲(chǔ)量動(dòng)用率和氣田采收率,加大老區(qū)挖潛力度,形成了以剩余氣定量表征技術(shù)、高陡背斜立體開(kāi)發(fā)模式為核心的平橋立體開(kāi)發(fā)技術(shù)系列,并逐步推廣應(yīng)用到東勝構(gòu)造帶。

對(duì)比上、中、下三套氣層的生產(chǎn)特征,下部加密井生產(chǎn)效果較好,單井EUR( 0.72～0.86)×108m3;中部氣層井產(chǎn)能中等,單井EUR平均0.73×108m3;上部氣層由于頁(yè)巖品質(zhì)差,單井產(chǎn)能較低,單井EUR (0.62～0.66)×108m3。目前平橋區(qū)塊立體調(diào)整井投產(chǎn)17口,占總井?dāng)?shù)的24.6%,日產(chǎn)氣92.5×104m3,占總?cè)债a(chǎn)氣的43.8%,單井平均日產(chǎn)氣5.4×104m3,套壓7.24 MPa,累產(chǎn)氣2.47×108m3。通過(guò)實(shí)施立體調(diào)整開(kāi)發(fā),預(yù)計(jì)平橋氣田采收率可從9.6%提高至22.1%。

3.3.3 盆外常壓頁(yè)巖氣低成本攻關(guān)進(jìn)展

基于盆外13口探評(píng)井的實(shí)施,突出單井回顧性分析,落實(shí)了武隆向斜“凹中隆”型目標(biāo)區(qū)及道真向斜“斷下盤”型目標(biāo)區(qū)是中深層效益動(dòng)用的現(xiàn)實(shí)目標(biāo),老廠坪背斜是淺層增儲(chǔ)上產(chǎn)的有利目標(biāo),分別部署實(shí)施LY1井組、ZY1井組及PD1井組開(kāi)展先導(dǎo)試驗(yàn),進(jìn)一步評(píng)價(jià)單井產(chǎn)能,明確開(kāi)發(fā)技術(shù)政策,探索盆外常壓頁(yè)巖氣效益開(kāi)發(fā)模式。

目前,武隆向斜LY1井組4口水平井均已進(jìn)入試采階段,試采日產(chǎn)氣(1.5～3.5)×104m3,套壓2.9～4.2 MPa,累產(chǎn)氣(916～2 195)×104m3,鉆井周期縮短到22.2天,壓裂成本降低58%,單井鉆采成本控制在3 789萬(wàn)元,單井EUR提升至(0.45～0.65)×108m3,提產(chǎn)降本攻關(guān)取得較好效果。道真向斜ZY1井組3口水平井即將開(kāi)展井工廠差異化壓裂;老廠坪背斜PD1井組正鉆,目的層氣測(cè)顯示活躍。

4 下步攻關(guān)方向

4.1 面臨的挑戰(zhàn)

通過(guò)多年攻關(guān),渝東南地區(qū)常壓頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)取得了較大進(jìn)展,實(shí)現(xiàn)了多點(diǎn)突破和規(guī)模建產(chǎn),但在地質(zhì)理論、關(guān)鍵技術(shù)、經(jīng)濟(jì)效益等方面仍面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。

(1)盆緣高陡構(gòu)造帶地震成像精度需進(jìn)一步提升。經(jīng)歷多輪次的處理技術(shù)攻關(guān),形成了層析靜校正+地表一致性剩余靜校正+Mocas剩余靜校正等聯(lián)合靜校正技術(shù)、“淺、中、深一體化”速度建模技術(shù)以及基于照明補(bǔ)償?shù)腡TI-RTM技術(shù),復(fù)雜構(gòu)造區(qū)地震成像效果得到較好的改善,信噪比大于1的資料占比提高至87%,高信噪比區(qū)可以滿足地層傾角小于40°條件下的地震成像。但是傳統(tǒng)的克希霍夫偏移方法和波動(dòng)方程逆時(shí)偏移方法,仍難以解決陽(yáng)春溝“地上+地下”雙復(fù)雜地區(qū)的高陡構(gòu)造成像問(wèn)題,同時(shí)受到地震資料分辨率的影響,無(wú)法有效揭示局部微幅構(gòu)造特征,對(duì)水平井軌跡穿行帶來(lái)了挑戰(zhàn)。

(2)盆外常壓頁(yè)巖氣富集規(guī)律復(fù)雜,需進(jìn)一步開(kāi)展甜點(diǎn)目標(biāo)評(píng)價(jià)。通過(guò)勘探實(shí)踐,揭示出盆外殘留構(gòu)造不同構(gòu)造部位、不同埋深富集規(guī)律差異較大,距走滑斷層遠(yuǎn)近、距剝蝕區(qū)距離對(duì)保存條件影響以及不同構(gòu)造帶富集規(guī)律需要進(jìn)一步深入研究,從而指導(dǎo)甜點(diǎn)目標(biāo)評(píng)價(jià)與優(yōu)選。

(3)盆緣南川上部氣層及盆外武隆—道真等地區(qū)資源稟賦差,需進(jìn)一步開(kāi)展提產(chǎn)降本技術(shù)攻關(guān)。盆緣南川地區(qū)上部氣層⑧—⑨小層厚45～55 m,資源豐度3.5×108m3/km2,儲(chǔ)量品位較同地區(qū)中、下部氣層低,試獲日產(chǎn)氣(4.8～8.3)×104m3,套壓7.2～10.3 MPa,評(píng)價(jià)單井EUR (0.62～0.66)×108m3,具備一定的開(kāi)發(fā)潛力。經(jīng)測(cè)算,當(dāng)上部氣層單井EUR提高至0.7×108m3或單井鉆采投資降低至3 860萬(wàn)元以內(nèi),才能實(shí)現(xiàn)效益建產(chǎn),因此仍需大力開(kāi)展上部氣層提產(chǎn)降本攻關(guān)。盆外武隆—道真區(qū)塊通過(guò)近幾年持續(xù)開(kāi)展低成本攻關(guān)和管理創(chuàng)新創(chuàng)效,已將單井鉆采投資降至3 789萬(wàn)元,但與3 000～3 500萬(wàn)元的經(jīng)濟(jì)極限投資仍有一定的差距,效益開(kāi)發(fā)面臨較大挑戰(zhàn)。

(4)常壓頁(yè)巖氣排水采氣工藝有待進(jìn)一步攻關(guān)。目前南川常壓氣田增產(chǎn)措施手段有限,主要采用增壓、泡排2種手段,占總增產(chǎn)措施的97%。2022年南川氣田泡排增產(chǎn)有效率僅為97%,投入與產(chǎn)出的比值由1∶4.0下降到了1∶1.6,泡排措施的效益有所降低。盆外常壓頁(yè)巖氣試氣、試采階段產(chǎn)能差異明顯,多年來(lái)探索了電潛泵、射流泵、機(jī)抽、液力無(wú)桿泵等排采工藝,但均存在適應(yīng)性差異大的問(wèn)題,需要持續(xù)開(kāi)展排水采氣適應(yīng)性攻關(guān),有效降低井底流壓,充分釋放吸附氣,提高單井產(chǎn)量。

4.2 下步攻關(guān)方向

針對(duì)目前渝東南地區(qū)常壓頁(yè)巖氣面臨的主要難點(diǎn),需要立足常壓頁(yè)巖氣地質(zhì)特點(diǎn),持續(xù)攻關(guān)復(fù)雜構(gòu)造區(qū)地震處理及精細(xì)解釋,深化富集規(guī)律研究,強(qiáng)化低成本技術(shù)攻關(guān),探索適用性排水采氣工藝,從而進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)低品位資源效益動(dòng)用,推動(dòng)四川盆地及其周緣常壓頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)進(jìn)程。

(1)持續(xù)開(kāi)展復(fù)雜構(gòu)造區(qū)地震處理技術(shù)攻關(guān)及構(gòu)造模型的修正。采用全方位角度域偏移成像技術(shù)提高高陡構(gòu)造成像效果,落實(shí)斷裂展布特征,精細(xì)刻畫(huà)低序級(jí)斷層分布。井震結(jié)合修正構(gòu)造模型,明確微幅構(gòu)造及天然縫網(wǎng)分布,指導(dǎo)水平井部署及地質(zhì)導(dǎo)向,提高靶窗鉆遇率。

(2)深化盆外常壓頁(yè)巖氣富集規(guī)律差異性研究,明確甜點(diǎn)區(qū)。開(kāi)展走滑斷裂對(duì)保存條件影響研究,明確有利保存單元;強(qiáng)化不同構(gòu)造部位頁(yè)巖氣吸附方式與賦存狀態(tài)、臨界解吸壓力、頁(yè)巖含水性等變化規(guī)律,明確富集高產(chǎn)主控因素。深化頁(yè)巖自封閉性評(píng)價(jià)與臨界逸散邊界研究,建立壓力系數(shù)、產(chǎn)能與走滑斷裂、剝蝕區(qū)距離等關(guān)系,明確甜點(diǎn)區(qū)分布范圍。

(3)開(kāi)展厚層低品位資源提產(chǎn)技術(shù)攻關(guān)。對(duì)于南川地區(qū)上部氣層厚層頁(yè)巖氣藏,進(jìn)一步優(yōu)化穿行靶窗,試驗(yàn)“中長(zhǎng)水平段+強(qiáng)改造”壓裂工藝技術(shù),提高單井EUR至0.7×108m3。對(duì)于盆外武隆、道真地區(qū)常壓頁(yè)巖氣,針對(duì)壓力系數(shù)低、吸附氣占比高、兩向應(yīng)力差異大的地質(zhì)特征,試驗(yàn)大井距、長(zhǎng)段多簇等壓裂提產(chǎn)工藝,同時(shí)開(kāi)展排水采氣工藝攻關(guān),力爭(zhēng)單井EUR提高至0.65×108m3以上。

(4)開(kāi)展常壓頁(yè)巖氣井采氣工藝攻關(guān)。常壓頁(yè)巖氣井地層能量弱、產(chǎn)量低、攜液困難,氣井積液會(huì)影響真實(shí)產(chǎn)能,從地面、井筒、地層三方面著手,探索合理增產(chǎn)措施及配套的排采工藝,有效釋放氣井真實(shí)產(chǎn)能。

5 結(jié)論

(1)渝東南地區(qū)常壓頁(yè)巖氣具有頁(yè)巖品質(zhì)略差、構(gòu)造復(fù)雜、地應(yīng)力復(fù)雜、保存條件復(fù)雜等地質(zhì)特征,通過(guò)深化富集規(guī)律研究,建立了常壓頁(yè)巖氣聚散模式,指導(dǎo)了目標(biāo)優(yōu)選與井位部署。

(2)創(chuàng)新形成了涵蓋地質(zhì)、開(kāi)發(fā)、工程的常壓頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)關(guān)鍵技術(shù),渝東南地區(qū)常壓頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)取得積極進(jìn)展。盆緣區(qū)落實(shí)了平橋、東勝、陽(yáng)春溝3個(gè)千億立方米增儲(chǔ)區(qū)帶,實(shí)現(xiàn)了常壓頁(yè)巖氣效益開(kāi)發(fā),建成國(guó)內(nèi)首個(gè)常壓頁(yè)巖氣田,并通過(guò)細(xì)化產(chǎn)建區(qū)分區(qū),形成了差異化開(kāi)發(fā)技術(shù)政策,有效提升氣田儲(chǔ)量動(dòng)用率及采收率;盆外區(qū)明確武隆、道真、老廠坪等有利目標(biāo),獲得多點(diǎn)勘探突破,井組攻關(guān)取得較好效果。

(3)面對(duì)高陡構(gòu)造成像難、富集規(guī)律復(fù)雜、效益開(kāi)發(fā)難度大、采氣工藝適用性差等諸多方面的挑戰(zhàn),需開(kāi)展復(fù)雜構(gòu)造區(qū)三維地震處理技術(shù)攻關(guān)及構(gòu)造模型修正,深化富集規(guī)律差異性研究,加大低品位資源提產(chǎn)降本技術(shù)、采氣及排水工藝攻關(guān)力度,進(jìn)一步擴(kuò)大效益開(kāi)發(fā)局面,為推動(dòng)四川盆地及其周緣常壓頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)提供技術(shù)支撐。

利益沖突聲明/Conflict of Interests

所有作者聲明不存在利益沖突。

All authors disclose no relevant conflict of interests.

作者貢獻(xiàn)/Authors’Contributions

云露提出論文整體構(gòu)思,負(fù)責(zé)常壓頁(yè)巖氣富集規(guī)律分析及論文的統(tǒng)稿;高玉巧負(fù)責(zé)常壓頁(yè)巖氣地質(zhì)特征研究;高全芳負(fù)責(zé)常壓頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)進(jìn)展調(diào)研;所有作者均參與論文的寫(xiě)作和修改;所有作者均閱讀并同意最終稿件的提交。

YUN Lu proposed the overall concept of the paper and was responsible for analyzing the enrichment laws of normal-pressure shale gas and compiling the paper. GAO Yuqiao was responsible for the research on geological characteristics of normal-pressure shale gas. GAO Quanfang was responsible for the research on the progress of normal-pressure shale gas exploration and development. All the authors have participated in the writing and the revision of the paper. All the authors have read the last version of paper and consented for submission.